1. 简述操作系统中的缺页中断

缺页异常： malloc和mmap函数在分配内存时只是建立了进程虚拟地址空间，并没有分配虚拟内存对应的物理内存。当进程访问这些没有建立映射关系的虚拟内存时，处理器自动触发一个缺页异常，引发缺页中断。
缺页中断： 缺页异常后将产生一个缺页中断，此时操作系统会根据页表中的外存地址在外存中找到所缺的一页，将其调入内存。

缺页中断与一般中断一样，需要经历四个步骤：保护CPU现场、分析中断原因、转入缺页中断处理程序、恢复CPU现场，继续执行。
缺页中断与一般中断区别：
（1）在指令执行期间产生和处理缺页中断信号
（2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断
（3）缺页中断返回的是执行产生中断的一条指令，而一般中断返回的是执行下一条指令。

2. malloc底层实现：

当开辟的空间小于 128K 时，调用 brk（）函数；当开辟的空间大于 128K 时，调用mmap（）。malloc采用的是内存池的管理方式，以减少内存碎片。先申请大块内存作为堆区，然后将堆区分为多个内存块。当用户申请内存时，直接从堆区分配一块合适的空闲快。采用隐式链表将所有空闲块，每一个空闲块记录了一个未分配的、连续的内存地址。

3. 进程、线程、协程

进程： 程序是指令、数据及其组织形式的描述，而进程则是程序的运行实例，包括程序计数器、寄存器和变量的当前值。
线程： 微进程，一个进程里更小粒度的执行单元。一个进程里包含多个线程并发执行任务。
协程： 协程是微线程，在子程序内部执行，可在子程序内部中断，转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

（1）一个线程从属于一个进程；一个进程可以包含多个线程。
（2）一个线程挂掉，对应的进程挂掉；一个进程挂掉，不会影响其他进程。
（3）进程是系统资源调度的最小单位；线程CPU调度的最小单位。
（4）进程系统开销显著大于线程开销；线程需要的系统资源更少。
（5）进程在执行时拥有独立的内存单元，多个线程共享进程的内存，如代码段、数据段、扩展段；但每个线程拥有自己的栈段和寄存器组。
（6）进程切换时需要刷新TLB并获取新的地址空间，然后切换硬件上下文和内核栈，线程切换时只需要切换硬件上下文和内核栈。
（7）通信方式不一样。
（8）进程适应于多核、多机分布；线程适用于多核。
（9）协程执行效率极高。协程直接操作栈基本没有内核切换的开销，所以上下文的切换非常快，切换开销比线程更小。
（10）协程不需要多线程的锁机制，因为多个协程从属于一个线程，不存在同时写变量冲突，效率比线程高。
（11）一个线程可以有多个协程。

4. 使用虚拟内存的好处：

优点
（1）扩大地址空间。每个进程独占一个4G空间，虽然真实物理内存没那么多。
（2）内存保护：防止不同进程对物理内存的争夺和践踏，可以对特定内存地址提供写保护，防止恶意篡改。
（3）可以实现内存共享，方便进程通信。
（4）可以避免内存碎片，虽然物理内存可能不连续，但映射到虚拟内存上可以连续。
缺点
（1）虚拟内存需要额外构建数据结构，占用空间。
（2）虚拟地址到物理地址的转换，增加了执行时间。
（3）页面换入换出耗时。
（4）一页如果只有一部分数据，浪费内存。